SD卡读写操作详细说明

系统教程670 更新时间：2026-04-04 15:37:00

2023年12月15日发(作者：)

51单片机实现对SD卡的读写

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关键

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单片机＞ 51系列

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摘要：

对于SD卡的硬件结构，在官方的文档上有很详细的介绍，如SD卡内的存储器结构、存储单元组织方式等内容。要实现对它的读写，最核心的是它的时序...

SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛，时下已经成为最为通用的数据存储卡。在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的使用，是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。既然它有着这么多优点，那么如果将它加入到单片机应用开发系统中来，将使系统变得更加出色。这就要求对SD卡的硬件与读写时序进行研究。对于SD卡的硬件结构，在官方的文档上有很详细的介绍，如SD卡内的存储器结构、存储单元组织方式等内容。要实现对它的读写，最核心的是它的时序，笔者在经过了实际的测试后，使用51单片机成功实现了对SD卡的扇区读写，并对其读写速度进行了评估。下面先来讲解SD卡的读写时序。

（1） SD卡的引脚定义：

SD卡引脚功能详述：

引脚

编号

1

2

3

4

5

6

SD模式

名称

CD/DAT3

CMD

VSS1

VDD

CLK

VSS2

类型描述

SPI模式

名称

#CS

DI

VSS

VDD

SCLK

VSS2

类型

I

S

I

S

描述

片选

数据输入

电源地

电源

时钟

电源地

IO或PP 卡检测/

数据线3

PP

S

I

S

命令/

回应

电源地

电源

时钟

电源地

7

8

9

DAT0

DAT1

DAT2

IO或PP 数据线0

DO

IO或PP 数据线1

RSV

IO或PP 数据线2

RSV

O或PP

数据输出

注：S：电源供给 I：输入 O：采用推拉驱动的输出

PP：采用推拉驱动的输入输出

SD卡SPI模式下与单片机的连接图：

SD卡支持两种总线方式：SD方式与SPI方式。其中SD方式采用6线制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3进行数据通信。而SPI方式采用4线制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通信。SD方式时的数据传输速度与SPI方式要快，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式。采用不同的初始化方式可以使SD卡工作于SD方式或SPI方式。这里只对其SPI方式进行介绍。

（2） SPI方式驱动SD卡的方法

SD卡的SPI通信接口使其可以通过SPI通道进行数据读写。从应用的角度来看，采用SPI接口的好处在于，很多单片机内部自带SPI控制器，不光给开发上带来方便，同时也见降低了开发成本。然而，它也有不好的地方，如失去了SD卡的性能优势，要解决这一问题，就要用SD方式，因为它提供更大的总线数据带宽。SPI接口的选用是在上电初始时向其写入第一个命令时进行的。以下介绍SD卡的驱动方法，只实现简单的扇区读写。

1）命令与数据传输

1. 命令传输

SD卡自身有完备的命令系统，以实现各项操作。命令格式如下：

命令的传输过程采用发送应答机制，过程如下：

每一个命令都有自己命令应答格式。在SPI模式中定义了三种应答格式，如下表所示：

字节位

1

7

6

5

4

3

2

1

0

字节

1

含义

开始位，始终为0

参数错误

地址错误

擦除序列错误

CRC错误

非法命令

擦除复位

闲置状态

位含义

7

开始位，始终为0

6

参数错误

5

地址错误

4

擦除序列错误

3

CRC错误

2

非法命令

1

擦除复位

0

闲置状态

2

7

溢出，CSD覆盖

6

擦除参数

5

写保护非法

4

卡ECC失败

3

卡控制器错误

2

未知错误

1

写保护擦除跳过，锁／解锁失败

0

锁卡

字节位

1

7

6

5

4

3

2

1

0

2～5

全部

含义

开始位，始终为0

参数错误

地址错误

擦除序列错误

CRC错误

非法命令

擦除复位

闲置状态

操作条件寄存器，高位在前

写命令的例程：

1. //-----------------------------------------------------------------------------------------------

2. 向SD卡中写入命令，并返回回应的第二个字节

3. //-----------------------------------------------------------------------------------------------

4. unsigned char Write_Command_SD(unsigned char *CMD)

5. {

6. unsigned char tmp;

7. unsigned char retry=0;

8. unsigned char i;

9.

10. //禁止SD卡片选

11. SPI_CS=1;

12. //发送8个时钟信号

13. Write_Byte_SD(0xFF);

14. //使能SD卡片选

15. SPI_CS=0;

16.

17. //向SD卡发送6字节命令

18. for (i=0;i<0x06;i++)

19. {

20. Write_Byte_SD(*CMD++);

21. }

22.

23. //获得16位的回应

24. Read_Byte_SD(); //read the first byte,ignore it.

25. do

26. { //读取后8位

27. tmp = Read_Byte_SD();

28. retry++;

29. }

30. while((tmp==0xff)&&(retry<100));

31. return(tmp);

32. }

2）初始化

SD卡的初始化是非常重要的，只有进行了正确的初始化，才能进行后面的各项操作。在初始化过程中，SPI的时钟不能太快，否则会造初始化失败。在初始化成功后，应尽量提高SPI的速率。在刚开始要先发送至少74个时钟信号，这是必须的。在很多读者的实验中，很多是因为疏忽了这一点，而使初始化不成功。随后就是写入两个命令CMD0与CMD1，使SD卡进入SPI模式

初始化时序图：

初始化例程：

1. //--------------------------------------------------------------------------

2. 初始化SD卡到SPI模式

3. //--------------------------------------------------------------------------

4. unsigned char SD_Init()

5. {

6. unsigned char retry,temp;

7. unsigned char i;

8. unsigned char CMD[] = {0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};

9. SD_Port_Init(); //初始化驱动端口

10.

11. Init_Flag=1; //将初始化标志置1

12.

13. for (i=0;i<0x0f;i++)

14. {

15. Write_Byte_SD(0xff); //发送至少74个时钟信号

16. }

17.

18. //向SD卡发送CMD0

19. retry=0;

20. do

21. { //为了能够成功写入CMD0,在这里写200次

22. temp=Write_Command_SD(CMD);

23. retry++;

24. if(retry==200)

25. { //超过200次

26. return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0 Error!

27. }

28. }

29. while(temp!=1); //回应01h，停止写入

30.

31. //发送CMD1到SD卡

32. CMD[0] = 0x41; //CMD1

33. CMD[5] = 0xFF;

34. retry=0;

35. do

36. { //为了能成功写入CMD1,写100次

37. temp=Write_Command_SD(CMD);

38. retry++;

39. if(retry==100)

40. { //超过100次

41. return(INIT_CMD1_ERROR);//CMD1 Error!

42. }

43. }

44. while(temp!=0);//回应00h停止写入

45.

46. Init_Flag=0; //初始化完毕，初始化标志清零

47.

48. SPI_CS=1; //片选无效

49. return(0); //初始化成功

50. }

51.

52.

3）读取CID

CID寄存器存储了SD卡的标识码。每一个卡都有唯一的标识码。

CID寄存器长度为128位。它的寄存器结构如下：

名称

生产标识号

OEM/应用标识

产品名称

产品版本

产品序列号

保留

生产日期

CRC7校验合

域

MID

OID

PNM

PRV

PSN

－

MDT

CRC

数据宽度

CID划分

8

16

40

8

32

4

12

7

1

[127:120]

[119:104]

[103:64]

[63:56]

[55:24]

[23:20]

[19:8]

[7:1]

[0:0]

未使用，始终为1

－

它的读取时序如下：

与此时序相对应的程序如下：

1. //------------------------------------------------------------------------------------

2. 读取SD卡的CID寄存器 16字节成功返回0

3. //-------------------------------------------------------------------------------------

4. unsigned char Read_CID_SD(unsigned char *Buffer)

5. {

6. //读取CID寄存器的命令

7. unsigned char CMD[] = {0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};

8. unsigned char temp;

9. temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes

10. return(temp);

11. }

4）读取CSD

CSD（Card-Specific Data）寄存器提供了读写SD卡的一些信息。其中的一些单元可以由用户重新编程。具体的CSD结构如下：

名称域数据宽单元类CSD划分

度

CSD结构

保留

数据读取时间1

CSD_STRUCTURE

-

TAAC

2

6

8

型

R

[127:126]

[125:120]

[119:112]

[111:104]

数据在CLK周期内读取NSAC

时间2（NSAC*100）

最大数据传输率

卡命令集合

最大读取数据块长

允许读的部分块

非线写块

非线读块

DSR条件

保留

设备容量

TRAN_SPEED

CCC

READ_BL_LEN

READ_BL_PARTIAL

WRITE_BLK_MISALIGN

READ_BLK_MISALIGN

DSR_IMP

-

C_SIZE

8

12

4

1

2

12

3

R

[103:96]

[95:84]

[83:80]

[79:79]

[78:78]

[77:77]

[76:76]

[75:74]

[73:62]

[61:59]

[58:56]

[55:53]

最大读取电流@VDD min

VDD_R_CURR_MIN

最大读取电流@VDD

max

最大写电流@VDD min

VDD_W_CURR_MIN

VDD_R_CURR_MAX

最大写电流@VDD max

VDD_W_CURR_MAX

设备容量乘子

擦除单块使能

擦除扇区大小

写保护群大小

写保护群使能

保留

写速度因子

最大写数据块长度

允许写的部分部

保留

文件系统群

拷贝标志

永久写保护

暂时写保护

文件系统

保留

CRC

未用，始终为1

C_SIZE_MULT

ERASE_BLK_EN

SECTOR_SIZE

WP_GRP_SIZE

WP_GRP_ENABLE

-

R2W_FACTOR

WRITE_BL_LEN

WRITE_BL_PARTIAL

-

FILE_OFRMAT_GRP

COPY

PERM_WRITE_PROTECT

TMP_WRITE_PROTECT

FIL_FORMAT

-

CRC

-

3

1

7

1

2

3

4

1

5

1

2

7

1

R

R/W

[52:50]

[49:47]

[46:46]

[45:39]

[38:32]

[31:31]

[30:29]

[28:26]

[25:22]

[21:21]

[20:16]

[15:15]

[14:14]

[13:13]

[12:12]

[11:10]

[9:8]

[7:1]

[0:0]

读取CSD 的时序：

相应的程序例程如下：

1. //-----------------------------------------------------------------------------------------

2. 读SD卡的CSD寄存器共16字节返回0说明读取成功

3. //-----------------------------------------------------------------------------------------

4. unsigned char Read_CSD_SD(unsigned char *Buffer)

5. {

6. //读取CSD寄存器的命令

7. unsigned char CMD[] = {0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};

8. unsigned char temp;

9. temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes

10. return(temp);

11. }

4）读取SD卡信息

综合上面对CID与CSD寄存器的读取，可以知道很多关于SD卡的信息，以下程序可以获取这些信息。如下：

1. //-----------------------------------------------------------------------------------------------

2. //返回

3. // SD卡的容量，单位为M

4. // sector count and multiplier MB are in

5. u08 == C_SIZE / (2^(9-C_SIZE_MULT))

6. // SD卡的名称

7. //-----------------------------------------------------------------------------------------------

8. void SD_get_volume_info()

9. {

10. unsigned char i;

11. unsigned char c_temp[5];

12. VOLUME_INFO_TYPE SD_volume_Info,*vinf;

13. vinf=&SD_volume_Info; //Init the pointoer;

14. /读取CSD寄存器

15. Read_CSD_SD();

16. //获取总扇区数

17. vinf->sector_count = [6] & 0x03;

18. vinf->sector_count <<= 8;

19. vinf->sector_count += [7];

20. vinf->sector_count <<= 2;

21. vinf->sector_count += ([8] & 0xc0) >> 6;

22. // 获取multiplier

23. vinf->sector_multiply = [9] & 0x03;

24. vinf->sector_multiply <<= 1;

25. vinf->sector_multiply += ([10] & 0x80) >> 7;

26. //获取SD卡的容量

27. vinf->size_MB = vinf->sector_count >> (9-vinf->sector_multiply);

28. // get the name of the card

29. Read_CID_SD();

30. vinf->name[0] = [3];

31. vinf->name[1] = [4];

32. vinf->name[2] = [5];

33. vinf->name[3] = [6];

34. vinf->name[4] = [7];

35. vinf->name[5] = 0x00; //end flag

36. }

37. 以上程序将信息装载到一个结构体中，这个结构体的定义如下：

38. typedef struct SD_VOLUME_INFO

39. { //SD/SD Card info

40. unsigned int size_MB;

41. unsigned char sector_multiply;

42. unsigned int sector_count;

43. unsigned char name[6];

44. } VOLUME_INFO_TYPE;

5）扇区读

扇区读是对SD卡驱动的目的之一。SD卡的每一个扇区中有512个字节，一次扇区读操作将把某一个扇区内的512个字节全部读出。过程很简单，先写入命令，在得到相应的回应后，开始数据读取。

扇区读的时序：

扇区读的程序例程：

1. unsigned char SD_Read_Sector(unsigned long sector,unsigned char *buffer)

2. {

3. unsigned char retry;

4. //命令16

5. unsigned char CMD[] = {0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};

6. unsigned char temp;

7.

8. //地址变换由逻辑块地址转为字节地址

9. sector = sector << 9; //sector = sector * 512

10.

11. CMD[1] = ((sector & 0xFF000000) >>24 );

12. CMD[2] = ((sector & 0x00FF0000) >>16 );

13. CMD[3] = ((sector & 0x0000FF00) >>8 );

14.

15. //将命令16写入SD卡

16. retry=0;

17. do

18. { //为了保证写入命令一共写100次

19. temp=Write_Command_MMC(CMD);

20. retry++;

21. if(retry==100)

22. {

23. return(READ_BLOCK_ERROR); //block write Error!

24. }

25. }

26. while(temp!=0);

27.

28. //Read Start Byte form MMC/SD-Card (FEh/Start Byte)

29. //Now data is ready,you can read it out.

30. while (Read_Byte_MMC() != 0xfe);

31. readPos=0;

32. SD_get_data(512,buffer) ; //512字节被读出到buffer中

33. return 0;

34. }

35. 其中SD_get_data函数如下：

36. //----------------------------------------------------------------------------

37. 获取数据到buffer中

38. //----------------------------------------------------------------------------

39. void SD_get_data(unsigned int Bytes,unsigned char *buffer)

40. {

41. unsigned int j;

42. for (j=0;j

43. *buffer++ = Read_Byte_SD();

44. }

45.

6）扇区写

扇区写是SD卡驱动的另一目的。每次扇区写操作将向SD卡的某个扇区中写入512个字节。过程与扇区读相似，只是数据的方向相反与写入命令不同而已。

扇区写的时序：

扇区写的程序例程：

1. //--------------------------------------------------------------------------------------------

2. 写512个字节到SD卡的某一个扇区中去返回0说明写入成功

3. //--------------------------------------------------------------------------------------------

4. unsigned char SD_write_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer)

5. {

6. unsigned char tmp,retry;

7. unsigned int i;

8. //命令24

9. unsigned char CMD[] = {0x58,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};

10. addr = addr << 9; //addr = addr * 512

11.

12. CMD[1] = ((addr & 0xFF000000) >>24 );

13. CMD[2] = ((addr & 0x00FF0000) >>16 );

14. CMD[3] = ((addr & 0x0000FF00) >>8 );

15.

16. //写命令24到SD卡中去

17. retry=0;

18. do

19. { //为了可靠写入，写100次

20. tmp=Write_Command_SD(CMD);

21. retry++;

22. if(retry==100)

23. {

24. return(tmp); //send commamd Error!

25. }

26. }

27. while(tmp!=0);

28.

29.

30. //在写之前先产生100个时钟信号

31. for (i=0;i<100;i++)

32. {

33. Read_Byte_SD();

34. }

35.

36. //写入开始字节

37. Write_Byte_MMC(0xFE);

38.

39. //现在可以写入512个字节

40. for (i=0;i<512;i++)

41. {

42. Write_Byte_MMC(*Buffer++);

43. }

44.

45. //CRC-Byte

46. Write_Byte_MMC(0xFF); //Dummy CRC

47. Write_Byte_MMC(0xFF); //CRC Code

48.

49.

50. tmp=Read_Byte_MMC(); // read response

51. if((tmp & 0x1F)!=0x05) // 写入的512个字节是未被接受

52. {

53. SPI_CS=1;

54. return(WRITE_BLOCK_ERROR); //Error!

55. }

56. //等到SD卡不忙为止

57. //因为数据被接受后，SD卡在向储存阵列中编程数据

58. while (Read_Byte_MMC()!=0xff){};

59.

60. //禁止SD卡

61. SPI_CS=1;

62. return(0);//写入成功

63. }

64.

此上内容在笔者的实验中都已调试通过。单片机采用STC89LE单片机（SD卡的初始化

电压为2.0V~3.6V，操作电压为3.1V~3.5V，因此不能用5V单片机，或进行分压处理），工作于22.1184M的时钟下，由于所采用的单片机中没硬件SPI，采用软件模拟SPI，因此读写速率都较慢。如果要半SD卡应用于音频、视频等要求高速场合，则需要选用有硬件SPI的控制器，或使用SD模式，当然这就需要各位读者对SD模式加以研究，有了SPI模式的基础，SD模式应该不是什么难事。

演讲稿

尊敬的老师们，同学们下午好：

我是来自10级经济学（2）班的学习委，我叫张盼盼，很荣幸有这次机会和大家一起交流担任学习委员这一职务的经验。

转眼间大学生活已经过了一年多，在这一年多的时间里，我一直担任着学习委员这一职务。回望这一年多，自己走过的路，留下的或深或浅的足迹，不仅充满了欢愉，也充满了淡淡的苦涩。一年多的工作，让我学到了很多很多，下面将自己的工作经验和大家一起分享。

学习委员是班上的一个重要职位，在我当初当上它的时候，我就在想一定不要辜负老师及同学们我的信任和支持，一定要把工作做好。要认真负责，态度踏实，要有一定的组织，领导，执行能力，并且做事情要公平，公正，公开，积极落实学校学院的具体工作。作为一名合格的学习委员，要收集学生对老师的意见和老师的教学动态。在很多情况下，老师无法和那么多学生直接打交道，很多老师也无暇顾及那么多的学生，特别是大家刚进入大学，很多人一时还不适应老师的教学模式。学习委员是老师与学生之间沟通的一个桥梁，学习委员要及时地向老师提出同学们的建议和疑问，熟悉老师对学生的基本要求。再次，学习委员在学习上要做好模范带头作用，要有优异的成绩，当同学们向我提出问题时，基本上给同学一个正确的回复。

总之，在一学年的工作之中，我懂得如何落实各项工作，如何和班委有效地分工合作，如何和同学沟通交流并且提高大家的学习积极性。当然，我的工作还存在着很多不足之处。比日：有的时候得不到同学们的响应，同学们不积极主动支持我的工作；在收集同学们对自己工作意见方面做得不够，有些事情做错了，没有周围同学的提醒，自己也没有发觉等等。最严重的一次是，我没有把英语四六级报名的时间，地点通知到位，导致我们班有4名同学错过报名的时间。这次事使我懂得了做事要脚踏实地，不能马虎。

在这次的交流会中，我希望大家可以从中吸取一些好的经验，带动本班级的学习风气，同时也相信大家在大学毕业后找到好的工作。谢谢大家！

本文发布于:2023-12-15，感谢您对本站的认可！

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